JPS6096539A - 光フアイバの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ファイバの形成方法に関し、特に隣接する層
間で互いに屈折率が異なる複数の薄層からなるコアを有
する単一モード光ファイバの製造方法に関する。

例工Ｉｒ！、ノヤイロスコープ、センサ等の単一モード
光導波路ファイバの応用において、外部的偏波消去摂動
（ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｄｅｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ　ｐｅ
ｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）が存在しても、光信号をその偏
波特性（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｈａｒａ、ｃｔｅ
ｒｉｓｔｉｃｓ　）を保持して伝播させることが重要で
ある。このため、ファイバは屈折率分布の方位的非対称
性を有しなけわばならない。ブイ・エイ・バガバトウラ
（Ｖ、　Ａ、　Ｂｈａｇａｖａｔｕｌａ　）ほかを発明
者として１９８３年６月１日付で出願された米国特許出
願第４９９８９８号［偏波保持型単一モード光導波路Ｊ
　（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　
Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｗａｖｅｇ
ｕｉｄｅ　）には、隣接する層間で互いに屈折率が異な
る複数の透明材料よりなる薄層から形成されたコアを有
するファイバが記載されている。このようなファイバの
コアを化学気相成長（ＣＶＤ）法で形成すると、そのフ
ァイバは長距離の光信号の伝送に適するという利点があ
る。

屈折率分布の方位的非対称性（ａｚｉｍｕｔｈａｌａｓ
ｙｍｍｅｔｒｙ　）を有する光ファイバを形成する方法
は、米国特許第３９８０４５９号、３９８２９１６号お
よび１９８３年６月１日付で出願された米国特許出願第
５００００４号「積層されたコアを有する光ファイバの
形成方法Ｊ　（Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ＦｏｒｍｉｎｇＯ
ｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｈａｖｉｎｇ　Ｌａｍ１ｎ
ａｔｅｄ　Ｃｏｒｅ　）に記載さねている。反応蒸気を
基体チューブ内に通しかつこのチューブと内部の蒸気混
合物とをチューブの外部から熱源を移動させながら加熱
すると一ガラス微粒子のサス啄ンションが基体チューブ
内に生成し、そのノｊラス微粒子は下流へ移動して溶融
され、連続的なガラス状沈積物がチューブの内表面に形
成され、このような方法で１つまたはそわ以上の層が基
体チューブの内表面に形成される。

非対称構体は、基体チー−ブ内にロッドを挿入すること
により、あるいは基体チューブを非対称的に加熱してチ
ーーブの特定の領域上にガラス微粒子を選択的に沈積さ
せることにより形成される。

本発明の目的は、隣接する層間で互いに屈折率が異なる
積層された複数のガラス薄層よりなる方位的に非対称な
コア領域を有する光フアイバシリフオームを形成する方
法を提供することにある。

本発明の他の目的は、破壊によって過度の損失を受けな
いようになさねたファイバの製造方法を提供することに
ある。

曲単Ｖこ云えば、本発明は光ファイバの形成方法に関す
る。かかる方法は細長いコア構体を用意し。

このコア構体にクラッドガラス層を施す点でハ従来と同
じである。得られた構体は、光ファイバに延伸される。

本発明によりば、コア構体を用意する工程が、長手方向
に延長している互いに対向する平坦な第１および第２の
側壁面を備えた細長いマンドレルを用意し、こわら第１
および第２の壁面上にガラス微粒子よりなる隣接する層
の屈折率が互いに異なる複数の平坦な層を沈積する工程
よりなる。かくて得られた多孔質プリフォームは融合固
化（ｃｏｎｓｏｌ　１ｄａｔｅ　）されて、複数の並列
的な緻密なガラス薄層を有する細長いコア構体が形成さ
れる。

以下本発明の実施例について説明しよう。図面は本発明
を象徴的に描いたもので、各要素の寸法や相対的な比率
を示すものでないことに注目されたい。

単一モード光ファイバが、まずそのコア部分を別個の構
体として形成し１次にこのコア構体にクラッドガラス層
を施し、しかしてこの複合体を延伸して光ファイバを形
成することにより製造されうるものであることは周知で
ある。例えば、米国特許第４３６　（１：３７１号は、
初めに製作されたコア構体が、その長手方向の軸線のま
わりに回転され。

その間、回転するコア構体Ｖ（対して長手方向ＶＣ直線
運動される火炎加水分解バーナによって、コア構体上に
クラッドガラス微粒子の層が沈積されることを教示して
いる。かくて得らり、た構体は光ファイ・・に延伸され
るか、あるいはその多孔質部分を融合固化するのに充分
な温度に加熱された後。

光ファイバに延伸される。コア構体はまた、米国特許第
３　！ｌ　３２１６２号に教示さねているように。

中空のガラス管内に挿入されることも可能で、かぐて得
ら〕また複合構体は加熱さね光ファイバに延伸される。

本発明によれば、積層されたコアよりなるコア構体が第
１図、第２図および第５図に示された方法によって形成
される。偏平な断面形状を有する細長いマンドレルは第
１および第２の平坦な表面１２および＋４’！ｉ−！す
る。マンドレルＩＯが最終的な光ファイバの一部を構成
する本発明の第１の実施例においては、マンドレルはき
わめて高純度のガラスによって形成されなけわば彦らず
、したがってマンドレル１０がＣＶＤ法によって形成さ
れるのが好ましい。例えば、火炎加水分解法で形成され
たガ゛ラス微粒子は、１９８３年７月２７日付で公開さ
れたヨーロッパ公開出願第（ｌ　０８４４３８号公報に
記載された方法によって収集されかつ注型されて所要の
形状とされつる。マンドレル１０はまた。火炎加水分解
バーナから基体の表面に向けてスートを導いて充分厚い
被覆を形成し、そのスートを緻密なガラスに融合固化シ
フ、かつこの緻密なガラス体を鋸引き、切削等の方法で
適当な形状のストリツプに切断することによっても形成
されうる。かくて得られたストリツプは削られかつ研磨
さｈて最終的な所望の形状のものとされる。

このような鋸引き、切削等の機械的処理の後、マンドレ
ルの表面はＨＦのようなエツチング液にさらさね、洗滌
されかつ乾燥されて清浄化される。

微粒子の流れを生成するフラット・フェース・バーナ、
リゲン・バーナ等のバーナーの］つまたは複数よりなる
スート沈積手段１８からガラススート流がマント９レル
１０の表面１２に向って導かＪｌる。適当なバーナが米
国特許第３５６５３４５号および４１１ｉ　５２２３号
に図示されている。スート沈積手段１８はまた。米国％
訂第３９５７４７４号に記載さＪｌでいるような、レー
ザービームのような手段によって加熱さ第１た反応蒸気
を放射してスート流を形成するノズルを備えたものでも
よい。

しかしながら、スート沈積バーナが好ましいので。

以後このようなバーナをスート沈積手段として引用する
。

マンドレル１０を回転しない状態に保持しながら、マン
ドレル１０をバーナ１８に対して矢２２に示すような長
手方向に１回またはそれ以上直線運動させて表面】２上
にスート被覆２０′ｆｆ：沈積させる１、上述にお（ハ
ては、スート被覆２０を沈積するのに、スート流１６に
対してマンドレル１０を移動させているが、マンドレル
ＩＯを固定してスート流１６を移Ｈｌｉｉ＋させてもよ
く、またマンドレル１０とスート流１６との双方を動か
してもよい。

次にマンドレル］０を１８０°回転させてから、マンド
レル１０をバーナ１８に対して１回またはそ４以上直線
運動させ、スート被覆２４をマンドレル１００表面１４
上に沈積させる。スート被覆２０卦よび２４の組成は、
マンドレルが最終的な光ファイバの一部となる本実施例
の場合のマンドレル１０と異なる屈折率を有する。次に
スート流１６の組成が変更され、２つの新たな被覆２６
および２８が、上述Ｅ、だのと同様な方法で被覆２０お
よび２４の表面にそわぞｈ沈積される。スート流１６の
組成は再び変更され、同様な方法でスート被覆３０およ
び３２が被覆２６および２８の表面に沈積される。前述
した米国特許出願第４９９３９８号によれば、隣接する
スート被覆が互いに異なる屈折率を有することのみが必
要である。特別な実施例では、被覆２６および２８がマ
ンドレル１０と同一の屈折率を有し、被覆２（１，２４
，３０および３２が同一の、しかしながらマンドレル１
０の屈折率とは異なる屈折率を有する。

マンドレル１０に所望数の被覆が施さハて多孔質ｆ　リ
フォームが形成された後、このプリフォームは焼結さｉ
ｌて細長いコア構体を形成する。第３図には、コアスー
トの外側の被覆３０および３２を覆うクラッドスートの
被覆３６が示されている。

米国特許第４３６０３７１号に記載されているようニ、
コアスート構体の回転およびクラッドスートの被覆３６
の沈積に先立って、クラッドガラススートのストリップ
を重ね合さｔまたコアスート構体の平坦な側壁面を覆っ
て沈積させることもできる。

この方法によれば外側のクラッドの表面が円形に形成さ
れるのを助長する。しかしながら、このようなりラッド
ガラススートのストリップの沈積工程は、最終的なファ
イバの形状にそれ程多大の影響を与えることなしに省略
することもできる。もしクラッドスートの被覆３６がコ
アスートの被覆３０および：う２上に直接に沈積される
と、スート収集効率はターケ゛ノドサイズの関数である
から、平坦な部分がバーナに面している場合には、コア
スート構体の丸味を帯びたあるいは角ばった部分がバー
ナに面している場合よりも、バーナからのスート流がよ
り多量のスートヲ沈積するであろう。

この傾向は、被覆３６が形成される場合に沈積物が非円
形になるのを緩和するものである。

第６図に示されたスート構体は、焼結されて第４図に断
面図で示さねた細長いコア構体４０を形成する。融合固
化工程後に、この緻密なコア体は加熱さり、かつその平
均断面寸法が、そのコア体をマンドレルとしてその表面
に外側クラッドガラスが沈積されうるようにこのコア体
が機能しうるのに充分な程小さくなるまで引延ばされる
。この緻密なガラスコア構体の平均断面寸法は、約４〜
ｌＱｍｍの範囲内にあることが好貰しい。次にこのガラ
スコア構体はガラス旋盤に取りつけられて適当な長さの
多数のロッドに切断される。次にコア構体４０は、矢４
２の方向に回転されかつスート流１６に対して直線運動
がなされ、この間にクラッドスートよりなる外側クラッ
ド４４が形成される。外側クラ、ソド４４の外径がコア
の寸法に対して充分大きくなった場合、実質的な円形断
面が得られ、最終的なファイバが単一モードファイバと
して機能することが可能になる。

かくて得らねだ構体は融合固化され１次に光ファイバに
延伸される。融合固化はスートをその焼結の間に乾燥さ
せる塩素のようなハロケ゛ンの存在の下になさオ］るの
が好まし７い。

かくて得らねたファイバは、前記し、た米国特許出願第
４９９８９８号に開示さｈた形式の単一偏波単一モード
光導波路である。このようなファイバは、もしコア層の
厚さが伝播さノする光の波長λよりも薄いものとするな
らば、入力偏波のみを保持するように機能する。このよ
うなコア層の厚さは、沈積さｉまたスートの厚さを制御
することによって。

および沈積さＪ］たスートが最終的なファイバが形成さ
れるまで充分に延伸することによって得ることができる
。例えば、】０朋より大径のコアプリフォームは、クラ
ッドスートの付加に先立って加熱されかつ約４〜１　（
ｌ朋の径を有するロッドまたは中間ファイバに延伸され
つる。次に、最終的な光ファイバにおける各層の厚さが
λよりも薄くなるのを保証するのに充分な厚さのクラッ
ド層が沈積される。外側クラッドを付加する工程および
延伸工程は、所望の層の厚さを得るために必要な回数性
なうことができる。

第２図を参照すると、マンドレル］０の壁面１２に被覆
２０を施す間、マンドレル１００曲面をなす部分にも施
されたスートの一部が沈積することに注目さｈたい。か
くて第６図に示されているように、所望の平坦な被覆に
加えて、マンドレル１０の狭い両回面部分に沿ってガラ
ススートの薄い領域が形成される。これらコアガラスの
薄い領域の合体された厚さは第４図にｄ。とじて示され
ている。もし距離ｄｏが外部コア層の表面間の距離より
著しく小さい場合には、コア構体は前記した米国特許出
願第４９９８９８号で提案された形に適切に近づきした
がって単一偏波、単一モード光ファイバとなるであろう
。

厚さｄ、内に存在するコアのエノノ部分であるコア構体
のその部分は、クラッド３６の沈積に先立って除去して
もよい。外側のスート被覆３０および：う２が沈積され
た後、得られたコア構体は融合固化Δｉ１て、不要部分
が鋸引き、研削等によって除去されうる。かくて得られ
た第５図に示されているようなコア構体は、クラッドス
ートで被覆され、　ｊ）ｉｌ述のようにして光ファイバ
に形成さねる。

クラッドスートの沈積に先立って、第５図のコア構体の
表面はエツチングされ、洗滌されかつ乾燥されるべきで
ある。

コア構体に対する処理の変更により第６図に示されてい
る構体が得られる。第６図の場合、融合固化されたコア
構体は研磨性の懸濁液の中で長手方向の１１ＱＩ＋線を
中心に回転さねて角が丸くされうる。

このような処理を行なうと、処理時間の長さによって、
第５図に示された形状と第６図に示された形状の中間の
任意の形状を有する構体を得ることができる。

十述の実施例においては、マンドレルは最終的な光ファ
イバの一部とし、て残存するようになされているが、他
の実施例では、第６図のマンドレル１０は、融合固化が
生じる時点以前にスートシリフオームから除去すること
もできる。その場合。

スート被覆２０および２４のうちの一方のみが中心層の
形成のために沈積されることが必要である。

または、スート被覆２０および２４の厚さを中央層の所
要の厚さの半分にすることもできる。これら２つの薄い
層は融合固化によって合体されて中心層を形成する。マ
ンドレルがスートプリフォームから除去された場合、そ
れによって生じた孔は。

融合固化工程時におけるクラッドガラスの粘度と比較し
た最内側層の粘度の条件によって、融合固化工程中に閉
塞しうる。また、この融合固化工程中または融合固化さ
れたプリフォームをクラッドガラスの沈積のために適当
なロッドに延伸する工程中に、前記孔を低圧にすれば、
孔の閉塞を助長することができる。マンドレルの孔の閉
塞を増進する条件については、米国特許第４２５１２５
１号に記載されている。

異なる屈折率を有する層を交互に形成するには。

スート層を沈積するよりもむしろ１層をなすスート構体
の沈積の間に自然に発生する組成の変化および屈折率の
変化を利用することができる。

１９８０年に英国ヨーク州の第６回イー・シー・オー・
シー（ＥＣ０Ｃ）の資料Ｎ１１２の１０〜１３頁には、
エヌ・ヨシカワ（Ｎ、　Ｙｏｓｈｉｋａｗａ　）等によ
るｒＶＡＤファイバのグレーデッド・インデックス分布
の形成および伝送特性」と題する論文が記載さｆｌでお
り、捷だ「アプライド・オプティックス第２０巻１３号
（１９８１年７月１日）」の２３１４〜２３１８１Ｎに
は、才力モト（Ｏｋａｍｏｔｏ　）　等により、沈積さ
れたスート層におけるＧｅ　Ｏ２のようなドー・ｅント
酸化物の濃度が、特に基体の温ｅＶＣ依存することが記
載されている。火炎加水分解バーナからのスート流が基
体に沿って進行するにつれて、スート流の後縁部におけ
る基体の温度が前縁部における基体の温度よりも上昇す
る。この温度変化は沈積されたスートの各層内の組成変
化を起生ずる。単一のスート層内のこのような組成変化
は高屈折率の層と低屈折率の層を交互に有する構体を形
成する。し７たがって、単一組成のスート流がすべての
スー）１Ｊｆｆ覆の沈積に用いらｉｌつる。互いに隣接
する層が異なる屈折率を有する積層体を形成するために
必要な組成変化は各被覆内で自然に生じる組成変化によ
って得られる。もしこの作用が、沈積さねた層の高屈折
率領域と低屈折率領域との間の屈折率差を充分に生じな
い場合は、この方法で形成されたコアは、コアの直径に
関して対向する両側に応力ロットを備えた。あるいは外
側の応力クラノドに包囲された楕円形の内部クラッドを
備えたファイバのような付加的偏波保留特性を有するフ
ァイバに使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の方法において。 ガラススートよりなる連続的な被覆が施される状態を示
す図、第６図は多孔質コア構体の断面図。 第４図は融合固化されたコア構体にクラッドスートが施
される状態を示す図、第５図および第６図はコア構体の
変形例の断面図である。 図面において、１０はマンドレル、】６はスート流、１
８けバーナ、２０．２４−２６．２８゜３］３６および
４４は被覆、４０はコア構体をそれぞれ示す。 特許出願人　コーニング　グラス　ワークス代理人　弁
理士　山元俊仁 Ｆ々・ｌ Ｆ々・Ｊ １０ Ｆ７ｇ、６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、細長いコア構体をＩ１１意する工程と、前記コア構
   体にクラッドガラス層を施す工程と、かくて得られたプ
   リフォームから光ファイバを形成する工程とよりなる光
   ファイバの形成方法において。 前記コア構体を用意する工程が。 長手方向に延長し７ている互いに対向する平坦な第１お
   よび第２の壁面を備えた細長いマンドレルを用意し。 前記第１および第２の壁面上にガラス微粒子よりなる隣
   接する層の屈折率が互いに異なる複数の平坦な層を沈積
   し。 前記ガラス微粒子を融合固化して、複数の並列的な緻密
   なガラス薄層を有するコア構体を形成することよりなる
   ことを特徴とする光ファイバの形成方法。 ２、　前記ガラス微粒子よりなる複級の層に対し。 前記融合固化工程に先立って、予備的なりラッドガラス
   微粒子よりなる１つの層を施す工程をさらに含む特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ３、前記ガラス微粒子よりなる複数の層と前記予備的な
   りラッドガラス微粒子よりなる層とからなる複合体から
   前記マンドレルを除去する工程をさらに含む特許請求の
   範囲第２項記載の方法。 ４、前記コア構体の前記平坦な第１および第２の壁面と
   直角な互いに対向する表面の一部を、矩形の断面形状を
   有する細長い構体を形成するのに充分な程度に除去する
   工程をさらに含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、前記コア構体の前記平坦な第１および第２の壁面と
   直角な互いに対向する表面の一部を１円形の断面形状を
   有する細長い構体を形成するのに充分な程度に除去する
   工程をさらに含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６、前記沈積工程が、前記マンドレルを回転しない状態
   に保持し、ガラス微粒子流を前記マンドレルに向けて導
   き、前記マンドレルと前記ガラス微粒子流との間に相対
   的な直線運動を行なわせて前記マンドレルの前記第１の
   平坦な壁面上にガラス微粒子よりなる被覆を形成し、前
   記マンドレルを１８０’回転し、前記マンドレルと前記
   ガラス微粒子流との間に相対的な直線運動を行なわせて
   前記マンドレルの前記第２の平坦な壁面上にガラス微粒
   子よりなる被覆を形成し、前記ガラス微粒子の組成を変
   更してすでに施された被覆に対し、隣接する被覆の屈折
   率が互いに異なるような態様で。 新たなガラス微粒子の被覆を施す工程よりなる特許請求
   の範囲第１項記載の方法。